CN1712866A - 小型水回路热泵的核心部分 - Google Patents

Abstract

整个装置组包括一压缩机组件(10)、来自和通向一利用回路的一入口(23)和一出口(24)、来自和通向一加热回路的一入口(33)和一出口(34)，以及连接至压缩机组件以及诸入口和出口的两个热交换器(20，30)。热交换器与压缩机组件之间的连接件(21，22，31，32)、和/或来自和通向利用和加热回路的入口和出口不是钎焊的、而是用焊接的不锈钢管制成的，特别是通过环形轨道TIG焊接的。该整个装置组封闭在一密闭壳体(40)中，所述壳体包括密封在一起的一支承基底(41)和一机罩(42)。

Description

小型水回路热泵的核心部分

技术领域

本发明涉及水回路热泵。

背景技术

这样的设备允许利用空气、土地上层或自由水中的热能，集中这样的热能并将其以这种形式(以较高温度)供应到热水中心加热装置。

“水回路”热泵指的是利用回路以及加热回路都充有液体的一种设备。它不同于“水/空气”或“空气/空气”设备。根据需要，必须考虑到，例如在利用回路中，水可由一其它的液体来替换或实施。对于该回路中的水，最为经常的是添加乙二醇作为防冻剂。

使用热泵可获得的利益在于其原理，根据该原理，需要向它供给的能量少于它所传输的热能。为了说明这种能力，要考虑系统所传输的能力与系统所吸收的能力之间的一“性能系数”(COP)比。该比值在目前可获得的最好的设备中通常可达到5。更具体地说，热泵包括一压缩机组件和两个热交换器，一热交换器连接至利用回路，另一则连接至加热回路。诸热交换器在另一侧上连接至压缩机组件，一个连接至压缩机的热点，另一个则连接至其冷点。在压缩机组件中可设有一冷凝器、一扩张器以及一汽化器。压缩机在冷凝器一侧集中所利用的能量，并将其冷散入汽化器一侧的利用回路中。

当热交换是优选的、且压缩机和热交换器以所可能的、与外界大气最佳隔离的状态进行工作时，热泵的总体性能最佳。

压缩机、其内部的冷却气体、以及两热交换器连接在同一个功能组件中，下文称之为“水回路热泵核心部分”。该组件形成接着连接至用于利用和加热的多支管(管子、循环泵、截热器等)、整个系统的供应装置和调节装置的一装置组。

迄今所提供的热泵设有利用管道系统的内部连接，且它们是通过制冷和加热设备中的专用技术所常用的方法来实现的。

更具体地说，压缩机与热交换器之间、以及热交换器与利用和加热回路的入口/出口之间的连接件是通过钎焊连接的黄铜管。

不过，在热泵中，使用黄铜管和钎焊连接并非是不会带来缺点的。

首先，黄铜具有高热传导率的特性，而在本应用中，由于这样的高热传导率会导致与环境附加的热交换，所以不是有利的。

其次，钎焊连接，即使正确无泄漏，其机械强度也不高，并可能会发生锈蚀。如众所周知的，钎焊在于铜管将一第三金属(例如，当性能需要时，该第三金属为银)加热到其熔点之上来将两种不同金属装配在一起。由于压缩机是用钢制成的，而热交换器是用钢或者不锈钢制成的，则在所有的钎焊连接件中，这些由黄铜管连接的部分是存在金属种类的改变的：钢/黄铜或者不锈钢/黄铜，以及还要加上一第三金属。

这些连接件可能会受到来自压缩机的振动，设计得过于刚性时，很快就会渗漏、甚至是断裂。

为了避免这个缺点，黄铜管通常设计成在多支管中保证柔性。这是通过使用长度较长和/或适合几何形状(七弦琴形、螺旋形等)的管子来实现，它们可吸收机械应力、大部分的振动传递。

不过，这样的管子长度加长会使与周围大气的热交换表面增大，因而损失可用能量，且增加了压缩机所用气体的体积。

发明内容

本发明的目标在于，通过引入一种在性能以及紧凑性和可靠性方面都为优选的水回路热泵核心部分来克服这些缺点。

本发明的水回路热泵符合上面的总体描述，亦即，更具体地和以本身就已知的方式包括：一压缩机组件，它包括充注有冷却气体的一闭合回路，且它还带有压缩机、冷凝器、扩张器以及汽化器；在热的一侧上的入口和出口，在冷的一侧上的入口和出口；一第一热交换器，它以其主侧联接至压缩机组件的汽化器，并以其副侧联接至利用回路；以及，一第二热交换器，它以其主侧联接至压缩机组件的冷凝器，并以其副侧联接至加热回路。

以一种作为本发明特征的方式，热交换器与压缩机组件之间的连接件、和/或热交换器与通向和来自利用和加热回路之间的连接件不是采用黄铜钎焊的，而用焊接的不锈钢管。

通过用不锈钢管来替换至今仍在使用的黄铜管，以及通过不是钎焊而是焊接的连接，水回路热泵核心部分中的连接就不再出现连续性中断，并使其在抗机械力(特别是对于振动)方面的性能和抗蚀方面的性能极大地高于它们使用黄铜管道和钎焊的情况。

众所周知，如果焊接正确则在机械强度和密闭性方面等同于原始管。

尤其是，压缩机所发出的振动不会导致这样的连接件断裂，并且不锈钢管和热交换器的机械强度、几何形状以及柔性可以设计成在短和直径小的回路中吸收这样的振动，这些都是迄今所使用的黄铜管所不能做到的。

尺寸上的减小允许以相同的比例减小气体与环境之间的附加热交换，因而也同比例地减少了能量损失、以及设备所需的气体体积。除了减小所述的暴露之外，附加的热交换还将由于钢具有比黄铜低得多的热传导率、以及由于不再需要紧固在一框架上以固定诸热交换器而减小。通过该上一优点，可抑制热交换器与外界大气之间的热桥。

因此，可能极大地增加热泵的性能系数，通常可增加1至2点，这意味着该性能系数可达到6至7的范围，这样的数值远高于目前所可能获得的最佳设备的性能。

所需要的管子焊接有利的是通过环形轨道TIG(钨极电弧惰性气体保护)焊接来实现，这是一种可自动进行的完全受控制的工艺，因而带有可精确控制的必需参数以及出色的可重复性，从而又使设备的可靠性提高。此外，环形轨道TIG焊接允许在焊接过程中控制住压缩机主体温度的上升，因而避免了对其的削弱。

热交换器较佳的是不锈钢的多支管状同轴热交换器。

这样的热交换器十分适合根据本发明的、其中所有的连接件是焊接的不锈钢管的热泵核心部分，它们比标准的热泵中最为经常使用的平板式热交换器要好。即便平板式热交换器能保证很好的热交换，但是它们是脆性的，且更易于使水带有矿物质，这会由于沉积或杂质的引入而导致堵塞。最后一点，它们的机械强度是有局限的，特别是当它们受到连续的振动时。

由于可靠性的显著提高，在初始生产好之后就无需再保持可触及热泵的内部零部件。因而，所有这些零部件(压缩机组件、热交换器、热交换器与压缩机之间的连接件以及热交换器与通至和来自利用和加热网络的入口和出口之间的连接件)可以被限制在一个壳体内，形成一唯一的、密闭且隔离的功能性装置组。

有利的是，该密闭的壳体可包括一接纳压缩机组件和至热交换器的管连接件的支承基底、以及一覆盖它们的机罩，该支承基底和机罩例如通过焊接(如果它们都用金属制成的话)而永久地结合在一起。壳体内部的残余自由空间可用一种隔热材料来填充，然后，给支承基底装备一合适的闭塞孔，以引入该隔热材料。

可以对壳体的内部大气施加真空，或者可对其充注一合适的、干燥的、隔热气体，然后，给支承基底装备一合适的闭塞孔，该孔通向该内部大气，以施加真空或引入气体。

较佳的是，利用回路和加热回路的入口和出口、以及闭塞孔都聚集设置在支承基底上。

附图简述

我们现将参照所附的唯一3D示意图，描述一个根据在下面的、本发明所教授内容而建立的水回路热泵核心部分的例子，该附图表示了该热泵核心部分的构成部分。

具体实施方式

在附图中，标号10示出压缩机组件，它是充注有气体的闭合回路的一装置组，包括一压缩机11、一汽化器、一冷凝器13以及一扩张器14。压缩机的发动机例如是一电动机，该电动机由来自壳体外部、并连接至公用电网的一线路来供电。

一第一热交换器20在其主侧上通过两连接件21和22联接至压缩机组件10的汽化器12。它在其副侧上连接至入口23和出口24，以再连接至一利用回路；由管子25、26来实现至开口23、24的连接。

一第二热交换器30在其主侧上通过两连接件31和32联接至压缩机组件10的冷凝器13。它在其副侧上连接至来自加热回路的入口33和通至加热回路的出口34；由管子35、36来实现至开口33、34的连接。

热交换器20和30最好是不锈钢的焊接链接式多管状(cabled multi-tubular)热交换器，其尺寸根据压缩机的额定功率来设计，以使它们能保证通向加热回路和来自利用回路的最优热交换。

以一种作为本发明的特征的方式，压缩机10与热交换器20和30之间的连接件21、22、31、32、以及热交换器20和30与通向和来自利用回路和加热回路的入口23、22和出口24、34之间的连接件25、26、35、36借助于焊接的不锈钢管来确保。这些管子的直径是优选的，以使该连接件不会扰动流体(在回路中循环的气体或者液体)的移动，且其长度和几何形状设计成以可能的最短方式来实现该连接。

此外，由于焊接连接件出色的机械强度，诸热交换器可仅由管子21、22、25、26(或31、32、35、36(在另一侧上))来支承，这些管子将它们保持在位，而无需附接在框架上的、可能会产生热桥的任何类型的固定装置。

呈螺旋或多圈螺旋形式的一小直径管16(也可是不锈钢制成的)使压缩机能充注其气体，并允许对这样的充注加以控制。在壳体外部，可能由一旁通来延长该不锈钢管，以可通过制冷技术所常用的方法来连接至贮气罐。

刚才所述的水回路热泵核心部分的构成零件聚集设置在一壳体40内，该壳体自身由两个部分构成：一支承基底41和一机罩42。有利的是，所有有用的入口和出口以及所有至热泵核心部分的零件的通路聚集设置在支承基底41上，特别是通向和来自利用回路和加热回路的入口23、33以及出口24、34。在支承基座41上还设有：用于对压缩机11的电动机进行馈电的叉接线路43，允许在机罩42关闭时与壳体的内部自由空间相通的一闭塞孔，以及一用于引入或控制压缩机的气体的管道16的交叉接口45。

这样，由于机罩42仅由单个零件、例如金属薄板构成，就能方便地关紧它，而不需要任何交叉接口。它可密封地紧闭到支承基底41上，以围绕热泵核心部分形成一密闭的壳体。当机罩和支承基底都用金属制成时，该密封甚至能有利地通过将这两个零件焊接在一起、从而形成一不可分开的功能单元来实现。也可以考虑使用其它永久密封的方式，例如当机罩和/或支承基座不可金属焊接时则通过胶合来永久密封。

有利的是，在密封壳体之后，通过孔44引入一填充壳体所有内部自由空间的隔热材料，例如为合适的粉末或发泡材料，这样的隔热材料将使附加的热交换最少，从而提高设备的性能。此外，这样的填充减小了从压缩机传至外部的机械和声音的振动。

在填充之后，可对密闭的壳体施加真空，或者可以对其充注一绝热性比空气好的干燥气体，例如氩气或六氟化硫。

最后，由于到达利用和加热循环最高点的管子26和36是直的、不弯曲的，就可以滑动由一管子48支承的一自动放泄开关46构成的内部放泄开关，所述管子48在其位于壳体40外部的下部带有一在接头上的孔50，所述接头螺纹连接或者以其它方式紧密地附接在管子26或36外部的开口上。如果需要的话，这些从外部放置(如图上所示)的放泄开关在以后可以方便地进行更换。

Claims (11)

1.一种水回路热泵，该热泵包括：

--一压缩机组件(10)，它包括带有一压缩机(11)、一冷凝器(12)、一扩张器(14)和一汽化器(12)的冷却气体闭合回路，

--来自和通向一利用回路的一入口(23)和一出口(24)，

--来自和通向一加热回路的一入口(33)和一出口(34)，

--一第一热交换器(20)，它在其主侧上联接至压缩机组件的汽化器，并在其副侧上联接至利用回路的入口和出口；以及，

--一第二热交换器，它在其主侧上联接至压缩机组件的冷凝器，并在其副侧上联接至加热回路的入口和出口，

其特征在于，热交换器与压缩机组件之间的连接件(21，22，31，32)、和/或热交换器与利用和加热回路的入口和出口之间的连接件(25、26、35、36)是用焊接的不锈钢管制成的非钎焊连接件。

2.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，不锈钢管通过环形轨道TIG焊接来焊接。

3.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，热交换器(20，30)是不锈钢的多支管状同轴热交换器。

4.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，压缩机组件、热交换器、热交换器与压缩机之间的连接件以及热交换器与通至和来自利用和加热回路的入口和出口之间的连接件封闭在一个密闭的容纳壳体(40)内。

5.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，热交换器基本没有将它们附接至支承框架的支承架。

6.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，容纳壳体(40)包括一支承压缩机组件和至热交换器的的支承基底(41)、以及一安装到所述基底上的机罩(42)。

7.如权利要求6所述的热泵，其特征在于，支承基底(41)和机罩(42)以永久的方式附接在一起。

8.如权利要求6所述的热泵，其特征在于，用一种隔热材料填充容纳壳体内部的残余自由空间，并且支承基底(41)设有一闭塞孔(44)，用以引入所述隔热材料。

9.如权利要求6所述的热泵，其特征在于，对容纳壳体的内部大气施加真空，并且支承基底(41)设有一与所述大气连通的闭塞孔(44)，用以施加所述真空。

10.如权利要求6所述的热泵，其特征在于，对容纳壳体的内部大气充注干燥的隔热气体，并且支承基底(41)设有一与所述大气连通的闭塞孔(44)，用以引入所述真空。

11.如权利要求8至10中任一项所述的热泵，其特征在于，利用回路的入口和出口(23，24)以及加热回路的入口和出口(24、34)、以及所述闭塞孔(44)都聚集设置在所述支承基底上。

Images